超大断层破碎带隧洞施工技术

曹海波

摘 要：阐述了长沙引水工程23标崔家冲特殊地质处理工程在施工过程中对超大断层破碎带采取的处理措施，主要指出破碎带的注浆机制。从破碎带岩体注浆方案设计、注浆设备、长管棚及超前支护施工工艺、施工方法、施工技术措施和施工质量控制等方面，系统研究了长沙引水及地质环境崔家冲特殊地质工程隧洞的破碎带超前注浆技术、长管棚施工技术及超前支护技术等。

关键词：隧道；超大破碎带；注浆；长管棚；超前支护

长沙引水工程输水隧洞全长43794m，于2006年3月开工，施工过程中建设方多次邀请国内知名专家深入工程现场进行施工指导，隧洞施工整体进展顺利。当隧洞工程完成掘进43686m，永久衬砌已完成41746m时，在砰山3#隧洞上游～崔家冲隧洞下游段，遇区域性高棱山压扭性断层F86，连续出现了多次涌水及塌方，致使尚差108m隧洞未能贯通，桩号里程为K42+412～K42+520。严重制约了引水工程建设进度。该隧洞穿越区域性高棱山压扭性断层F86，破碎带范围大，结构松散，地下水丰富，洞内涌水量每天达9000m3，外水压力最大水头达100m，水文地质条件恶劣，为世界上罕见的隧道施工中的大断裂。

1 F86断层地质情况

F86断层为区域性高棱山压扭性断层，具有延伸长、规模大的特点，基本沿近南北走向的崔家冲冲沟发育.现场踏勘该断层延伸长25.0km左右，宽度100m左右，向北西和南东向延伸；其中北西向延伸穿过一山脊，南东沿冲沟延伸。

该断层上盘出露在隧洞的桩号为K42+412，下盘出露在隧洞的桩号为K42+505～K42+507。产状：N10°～20°W，NE（SW）∠85°～90°.挤压强烈，破碎带宽50～90m，破碎带内充填的物质主要为黄褐色断层板岩、砂质板岩、炭质板岩和糜棱岩碎块等，主要为泥质胶结，胶结较差，较松散，透水性强。与洞轴线交角63°～73°。

2 超前注浆

考虑到崔家冲隧洞断层破碎带的特点（分布、规模、工程力学特性等），参考国内外多条水工隧洞的实际施工经验，分析认为在隧洞不良地质段超前加固，采用洞内超前注浆。超前注浆主要目的是改善F86断层内松散介质体的结构条件，达到开挖不良地质洞段松散体固结和止水效果。洞内固结注浆加固范围为隧洞及隧洞开挖轮廓线外5m围岩，隧洞底部开挖轮廓线外3m围岩，注浆孔布置为水平孔和散射斜向孔（保证隧洞开挖线外有不小于5m围岩形成固结止水圈），浆液确定采用水泥水玻璃双液浆液及环氧树脂化学注浆浆液。崔家冲隧洞洞内超前注浆孔布置图见图1。

3 注浆施工工艺

断层破碎带超前预注浆施工工艺。详见图2（转P87）。

4 施工技术措施

1）注浆工作面开挖一次到位，并符合设计规范要求。

2）每个钻孔设孔口管，在钻孔中发现有大量泥沙从孔中涌出迹象时，及时退钻，进行顶水注浆，防止砂土颗粒的大量流失。

3）加强对止浆墙及作业面附近隧洞断面的沉降变形监测，必要的应力检测，确保注浆施工安全。

4）严格按拟定的钻孔、注浆施工方案进行实施。钻孔方向、深度严格按设计要求进行。孔口管的埋设要牢固、密实。

5）根据超前钻孔探测，随时测量水量及水压，核实地质情况。如与设计不符，及时向监理工程师提出，以便迅速变更设计参数，调整施工方案。

6）如发生浆液窜孔，则停止注浆，立即在窜浆的孔上安装球阀，再进行注浆。当注浆孔达到终孔标准时，则可以认为窜浆孔同时也达到终孔标准。

7）施工过程中作好注浆施工记录及各种检查测量记录，用于注浆分析。

8）注浆压力由小逐渐调大，分级升压。

5 注浆施工质量控制

1）钻孔过程中，如遇到钻孔出水量明显增加时，则停止钻进，尽量减少钻注施工过程中水量排出，安设注浆管注浆。

2）注浆前先进行注浆现场试验，注浆参数通过现场试验在实际施工中根据具体情况及时调整，以获得较好的注浆加固效果。

3）配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料，不得随意增减数量。水泥在倒入搅拌桶前去除杂物，在倒入口安装滤网。

4）水泥浆搅拌好放入储浆桶后，在吸浆过程中不停搅动，防止浆液离析，影响配比参数。

5）注浆泵吸浆头用纱网包裹，并间隔一定时间提起吸浆头晃动，防止浆液堵塞吸浆头。

6）注浆管路连接完毕后，先压水检查注浆管路的密闭性，保证连接牢固，防止高压下脱开对人员造成伤害。

7）注浆开始时，先打开进浆阀，再关闭泄浆阀，注浆结束时，先打开泄浆阀，再关闭进浆阀，待泄压后拆卸注浆管路，以保证不堵管，不影响注浆质量。

8）注浆过程中遇到突然停电时，立即用高压水冲洗净管内的浆液。如停电时间较长时，注浆管和注浆泵拆下冲洗，将搅拌机中浆液放入储浆桶后清洗搅拌机。

9）注浆过程中，若地层吸浆量很大，注浆压力长时间不上升，可通过调整浆液配比，缩短浆液胶凝时间，以达到注浆目的。

10）注浆过程中，如注浆压力突然上升，立即停止注浆工作，打开泄浆阀泄压，查明原因后再决定该孔是否继续注浆。如果是管路堵塞，清除故障后继续注浆；如果管路未堵塞，继续注浆时仍旧出现压力突然上升，可结束该孔注浆。

11）注浆过程中，发生跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵。如果发现效果不明显，可暂停对该孔注浆。

12）注浆过程中，要保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。

13）严格按照设计的段长进行分段注浆，不得任意延长分段长度；必要时可进行重复注浆，以确保注浆质量。严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业。当未达到注浆结束标准时，进行补孔注浆。

14）注浆压力从低到高逐渐加压，但注浆压力不得超过设计最大压力，达到设计注浆量即可停止注浆，避免过多的扰动地层。

6 结 语

断层破碎带是隧洞开挖过程中常见的不良地质现象。在多数情况下，断层破碎带是作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在的，与其他岩体在物理力学特性上具有显著的差异。在断层破碎带地段进行隧洞施工时，靠常规的隧洞施工技术和施工方法很难克服隧洞塌方、突水、突泥等地质灾害。因此，施工除了遵守一般技术要求外，还应采取针对性较强的辅助方法，而注浆即是目前主要的施工工法之一。通过研究长沙引水及水质环境崔家冲特殊地质工程隧洞108m长的断层破碎带，岩体中的注浆技术，主要成果总结如下： 理论研究了断层破碎带的注浆机制，指出破碎带岩体注浆机制在崔家冲工作面，地层经多次坍塌发生大规模泥石流，地层已成松散结构，采用压密注浆；砰山工作面，节理裂隙发育，岩石破碎，渗水量大，采用劈裂注浆。从破碎带岩体注浆方案设计、注浆设备，长管棚及超前支护施工工艺、施工方法、施工技术措施和施工质量控制等方面，系统研究了长沙引水及水质环境崔家冲特殊地质工程隧洞的破碎带超前注浆技术、长管棚施工技术及超前支护技术等。方案已经应用于工程实践，取得了相当好的效果。